Прокатный стан

,135 19) 2 Э 4 В 21 В 35/00 11 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСНОМУ СВ ЛЬСТВ Авторское свидетельство С1091956, кл. В 21 В 35/00,(57) Изобретение относитсяпроизводству, в частности к ССР 1983. прокатном конструкци СУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения им. А, И. Целикова(56) Целиков А. И., Смирные станы. М.: Металлур прокатных станов, и наиболее эффективно может быть использовано при производстве горячекатаных и холоднокатаных полое и листов. Цель изобретения - повышение производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть путем уменьшения взаимного смещения верхнего и нижнего рабочих валков вдоль оси прокатки и снижения изгиба переднего конца раската при одновременном повышении долговечности элементов приводов за счет снижения динамических нагрузок. Установлено оптимальное соотношение крутильных жесткостей соединительных валов приводов валков для схемы стана с взаимным осевым сдвигом элементов привода разных валков, при коФ тором дополнительные динамические усилия ЯМФ в направлении оси прокатки, действующие на валки и изгибающие конец полосы, минимальны или близки к нулю. 3 ил.При прокатке полос в рабочей клети прокатного стана в приводах 5 и 6 рабочих валков формируются моменты сил упругости а на рабочие валки 3 и 4 со стороны полосы 15 (см. фиг. 2) действуют усилия прокатки, равнодействующие Р которых смеш,ены от оси вращения верхнего валка на величину 1 и нижнего валка - - на величину 1. Параллельно оси прокатки на валки действуют усилия Т.Уравнения движения вал ковых систем запишутся следующим образом Яуцрь ирв МУ 11 Р н 11 Рн где 1, 1 приведенные к оси вращениярабочих валков динамическиемоменты инерции соответственно верхней . 1 и нижней 2 валковых систем;угловые ускорения соответст Овенно верхнего 3 и нижнего 4рабочих систем;моменты сил упругости в соединительных валах 11 и 12, примыкающих соответственно кверхнему и нижнему рабочи м 55валкам;моменты прокатки соответственно на верхнем и нижнем рабоГ ГГ фь, ф, 1 р м хирн МирМ 1) н Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкции прокатных станов, и может быть использовано при производстве горячекатаных и холоднокатаных полос и листов.1 Яель изобретения повышение производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть путем уменьшения Взаимного смещения верхнего и нижнего рабочих валков вдоль оси прокатки и снижения изгиба переднего конца раската при одновременном повышении дол гоЬечности элементов приводов за счет снижения динаыических нагрузок.На фиг. 1 приведена схема прокатного стана с горизонтальной рабочей клетью; на фиг. 2 - схема сил, действующих на валкавые системы; на фиг. 3 схема сил, действующих на рабочие и опорные валки в четырехвалковой рабочей клети.Прокатный стан включает горизонтальную рабочую клеть, содержащую верхнюю 1 и нижнюю 2 валковые системы с верхним 3 и нижним 4 рабочими валками, каждый из котор ы х и меет инди видуал ьный при вод 5 и 6. Приводы 5 и 6 содержат электродвигатели 7 и 8 и трансмиссии, включающие зубчатые передачи 9 и 10 и соединительные валы 11 14. Валы 11 и 12 осуществляют передачу вращения от зубчатых передач 9 и 10 к рабочим валкам 3 и 4, а валы 13 и 14 передают вращение от электродвигателей 7 и 8 к зубчатым передачам 9 и 10, чих валках, равные, согласно фиг. 2Мр, - Р 1, +Т,; 3 М, . Р 1 Тгде г радиус рабочего валка,Из условия равновесия полосы под действием сил Р и Т нетрудно получить, чтоР(1, 1):Т)г, (5) где Ь плечо сил Т.Учитывая, что разность моментов прокатки на верхнем и нижнем рабочих валках пропорциональна разности их угловых скоростей ф и р, с учетом зависимостей (3) (5) получим следующее выражениеТ(2 г+6) - К(рр), (6) где, коэффициент пропорциональности.дифференцируя выражение (6) по времени, получимр, рц= (2 г+Й), (7) Т+7 т рт т (Мупрп Мпп и) (8)2 г 1-л)1Начальное условие для уравнения (8) имеет вид Т - О при 1 О.Решая уравнение (8), получимК,+ иТ --- е 1 1(М, М )еу"Нl, (9)2 г Й)1оТаким образом, в случае неравенства моментов сил упругости МУМ,на полосу и рабочие валки будут действовать усилия, стремящиеся переместить валковые системы вдоль оси прокатки и изогнуть полосу, Очевидно, что усилия, изгибающие передний конец раската, формируются в начале процесса прокатки полосы валками в относительно короткий промежуток времени. Внутри этого промежутка моменты сил упругости М, и М,., могут быть аппроксимированы функциями М,М,п - 0 1;где М1, о, МУ 1 0(10) (11) значения производных по времени величин М, и М, в моментО."ае, когда амплитуды колебаний сил упругости по второй формесущественно меньше амплитуд форме колебаний, можно принять В случмоментовколебанийпо первойФМупр пМупр и ь о - А,х,;о,4 А)(12) (13) где Т производная усилия Т по времени .Учитывая, что для большинства прокатных станов величины 7и 1 практически раВны, ОбОЗНаЧив 1 И (16 чЕрЕЗ 71 И Вычитая из выражения (1) выражение (2), с учетом зависимостей (3) - (5) и (7) получим следующее выражение:где Х(в, у(,1 н - первые частоты собственныхкрутильных колебаний участков верхняя валковая система - трансмиссия - якори электродвигателей и нижняя валковая система - трансмиссия - якоря электродвигателей, соответственно, Гц;ААн - коэффициенты пропорциональности, Н.м.Подставляя выражения (10) и (11) в уравнение (9), с учетом соотношений (12), (13), получимк,1 сТм --- - е т,(А Х(в - Ам-Х 1)иеТ,"Ю.(2 г+)11 20 где 1 оп 1 оп- динамические моменты инерции соответственно верхнего 16 и нижнего 17 опорных валков;1, 1,н - динамические моменты инерции соответственно верхнего 3 и нижнего 4 рабочих валков;сропср.пн - угловые ускорения соответственно верхнего и нижнего опорных валков;1 с - радиус опорного валка.Примем, что 1,п,=1,по=11 р, -- рн -- 1 р.При отсутствии проскальзывания рабочих валков относительно опорных справедливы соотношения 1 СРоп в Грв 1Рфн = гСррн.Решив уравнения (15) - (20) но Я, и Я, получим следующиеМупр в Мпр вХор Г(14)Учитывая, что при Х 1 в=Х 1 м величины А,: :А, из выражения (14) получаем, что в этом случае величина Т близка к нулю и, следовательно, усилия, изгибающие передний конец раската при прокатке его в рабочей клети, при Хв=Х(н минимальны.Для станов с клетями, валковые системы 1 и 2 которых выполнены в виде двух рабочих 3 и 4 и двух опорных 16 и 17 валков (см. фиг. 3), в дополнение к усилиям Т в зоне контакта опорных и рабочих валков будут формироваться усилия, составляющие которых, параллельные оси прокатки и действующие на верхние и нижние валки, обозначим через Я, и Я соответственно, Эти силы перемещают и изгибают валковые системы в направлении оси прокатки. Для определения их запишем следующие уравнения движения рабочих и опорных валков:1,п,ср= ЯЯ; (15) 1 р всррв Мупр в Мпр в Явг у (16) 1 оп нсропн Ян 1 (17) 1 рнсррн=Мупр и - Мпр и - Ям г, (18)(,.;.+1)Из выражений (21), (22) следует, чтовеличины и направления составляющих (, и Яв общем случае не одинаковы и зависят от соотношений моментов сил упругости и моментов прокатки, действующих на верхний и нижний рабочие валки. В случае неравенства сил Я и Ям происходит взаимное сме щение рабочих валков вдоль оси прокаткиза счет их перемещения и изгиба, что приводит к изгибу переднего конца раската.Указанное смещение может быть охарактеризовано разностью Яв - Як, которая, как это следует из выражений (21), (22), (3), (4), (5) и (9), равна 1Я - Я = -- - -(Ми, - М,п н -м (7 Е я+ ) упрвЕг4(23) сР 1 н + сРн - Р 2 н - О, (24) 02 п( сР 2 м - сР(м + сР 2 м + Р(сР 2 н - сРзк ) =0; (25) ОЗн СРЗ к - СС(СР 2 н - СРЗм)=0, (26) ГдЕ Ср 1 к, Ср 2 п, СрЗК - УГЛЫ ЗаКруЧИВаНИя Прнведенных к оси вращения нижнего рабочего валка масс соответственно нижней валковой системы 2, зубчатой передачи 10 и якорей 8 электродвигателей, рад;Ср(н,Ср 2 к,СрЗН - ВтОрЫЕ ПрОИЗВОдНЫЕ ВЕЛИЧИН СР(К, СРо, И СРЗМ СООт 55 Из последнего выражения следует, чточем меньше разность моментов сил упругости на верхнем и нижнем рабочих валках, тем меньше влияние сил Я и Ям на изгиб 25 переднего конца раската.Используя соотношения (1 О), (11) аналогично ранее проведенным выкладкам (12) - (14), можно показать, что уменьшение разности величин усилий Ян - Яи уменьшение усилия Т, а следовательно, снижение величины изгиба переднего конца полосы может быть достигнуто путем выравнивания первых частот крутильных колебаний систем верхняя валковая система - трансмиссия - якори электродвигателей и нижняя валковая система - трансмиссия - якори электродвигателей при одновременном уменьшении амплитуд колебаний моментов сил упругости по второй форме колебаний.Для обеспечения сформулированных условий соединительные валы трансмиссий 40 рабочей клети следует выполнять с крутильными жесткостями, удовлетворяющими пред - лагаемым зависимостям.Свободные крутильные колебания масссистемы нижняя валковая система - трансмиссия - якори электродвигателей могут 45 быть описаны уравнениями5ветственно по безразменому времени т= -С(н/ 7(н рад;- текущее вуемя, с,Квадраты рг первой и о второй безразмерных собственных частот крутильных ко лебаний системы являются корнями характеристического уравненияТаким образом(28 Первая Х(н и вторая Хгн (Гц) частоты свободных крутильных колебаний масс привода определяются из безразмерных частот по формуламХ// =р /(С// (/н 7(2//(; (29) Хгя =д С(н /1(н(2 л) . (30) Для крутильной системы верхняя валковая система - трансмиссия - якори электродвигателей справедливы соотношения, аналогичные соотношениям (24) - (30).Условие равенства первой частоты Х(в свободных крутильных колебаний масс привода верхнего рабочего валка частоте Х(н с учетом соотношения (29) имеет видХ/6 = р /- /, //// /(2//(. (31) Определяя из уравнения (31) первую безразмерную собственную частоту крутильных колебаний масс привода верхнего рабочего валка и подставляя полученную величину в характеристическое уравнение, записанное для этого привода, получим тождество,.разрешая которое относительно крутильной жесткости Сгв, имеемСгь=С(н - . Озв ХРиг 1+О(1 - р-с У)Условие (32) обеспечивает р первой частоты колебаний привода рабочего валка одной из частот к привода верхнего рабочего валка. Д чения условия, обеспечивающего со пе 1)вых частот колебаний, воспо тем, что в соответствии с теоремой ненни частот системы при наложени(3 авенство нижнего олебаний ля полу- впадение льзуемся об изме- и связей Оен33) Из аналогичного соотношенийода верхнего рабочего валка свенства (31) имеем ля при том ра С(в 34)(к Р 5-н(1 р, А(ьамплитуды колебанийгости по первой и второчаться не менее, чем вдемпфирования колебанреннего трения эта разбольше.Поскольку близостьв первой и второй форводит к росту динамичемирующихся в приводаного процесса при захвавыполнение условий (3вает снижение этих нагно, повышение долгоприводов.Подставляя в условии лгиз соотношенийвыражения (28) получа упрут отлиучетом те внут ся еще моментов с й форме бу три раза. ий в результа ница становит ду С собс мах ских х во те ме 5) и рузок вечно частот й прик, фор- ереходлками, еспечи- ватель- ментов твен ных колебани нагрузо время п талла ва (36) об и, следо сти эле е ( 29)-2. ) -+ Ьф= (С, - 1) ------ 2, 3 /-/и - 02 н Озн Оен Озн ( Аналогично длячего валка имеем да верхнего рабо+Ог,) +(.(ьс - (О,2, 3 (38) 4 / - -Огв Озь Ое.=10 кг мзубчатыхХ 10 кг мг ый стан (фиг. 1теристики: динамлковых систем 1 ; динамический (ередач 9 и 10 ; динамический имеет следую- ческий момент и 2:1(ь=-7(н= омент инерции 12 ь =6 н =ЗХ омент инерции 6Выражение (32) в сочетании с условием (34) обеспечивает совпадение первых частот колебаний масс приводов верхнего и нижнего рабочих валков, что является необходимым условием для уменьшения величин усилия Т и разности Яв - Ян.При выборе кОнструктивных параметров приводов, обеспечивающие снижение ампли. туд колебаний моментов сил упругости в соединительных валах 11 и 12 по второй форме колебаний сравнительно с амплитудами по первой форме, учтем следующее. При линейно растущих во времени от нуля до установившихся значений моментах прокатки, характерных для начального периода захвата металла рабочими валками, амплитуды колебаний моментов сил упругости в каждой из форм соотносятся друг с другом приблизительно как величины, обратно пропорциональные квадратам собственных частот. Поэтому приР 2 Н- )3; (35) // (Н=2,7 10"Сравниваячениями С ичто соотношенПодставлячасти соотношветствен о Зо Ю 1 о (1 - 0,88 що уо 10 9 2 О:3 откуда следует, что дных систем соотношеняются.П е лагаемый п я описанных крутиль я. (37) и (38) выпол рмула изобретени ан работ ками еские орых ктер, ентов вал- чают- Почими вал динамич ение кот ый хара ний мом рабочих оты отли 1,7 разаякорей электродвигателей 7 и 8: /з=/м = = 1,15 10 кг м, крутильные жесткости соединительных валов: вала 11 С 1 =9,2)( )(10 Н м/рад; вала 12 Си =10" Н м/рад; вала 3 Сзв=2,7 1 О" Н м/рад; вала 14 Сз= = 1,4 1 О" Н м/рад; передаточные отношения зубчатых передач Ув =Он=25,Безразмерные динамические моменты инерции масс приводов равныОь=Он=3 10/10=3,0;Озф=Оз н -- 2,51,1510/10=72;Ив =О н =1+3+72=76.Безразмерная крутильная жесткость соединительного вала 14 равнар,= 2,51,4 10" /1 О" - 8,8.Квадрат первой безразмерной частоты собственных крутил ьных колебаний масс привода нижнего рабочего валка определяется по формуле (28) и равен Подставляя полученные величины в праые части соотношений (34) и (32), получим10" 0,88 - ,(1 ):8,710,1 О 1 полученные величины со знаСзю соответственно получаем, ия (32) и (34) выполняются. я исходные данные в левые ений (37) и (38), имеем соот 72 (1+3) +2,5 -- з- (76 -1,4 10" р д рокатный следуюшим образом.При захвате металла рабо в их приводах формируются моменты сил упругости, измен во времени носит колебательн причем первые частоты колеба в приводах верхнего и нижнего ков одинаковы, а вторые част ся от первых не менее, чем в 5 10 15 20 25 30 35 40 следнее обеспечивает эффективное снижение максимальных динамических моментов сил упругости в трансмиссиях при захвате металла и увеличение долговечности элементов приводов.В результате указанного разнесения первой и второй частот амплитуды моментов сил упругости по второй форме колебаний малы по сравнению с амплитудами по первой форме. Благодаря этому уменьшаются усилия, действующие параллельно оси прокатки в зоне контакта полосы и рабочих валков. Это обеспечивает уменьшение изгиба переднего конца полосы. Кроме того, уменьшается взаимное смешение или изгиб верхнего и нижнего рабочих валков, что также приводит к уменьшению изгиба переднего конца полосы. Снижение изгиба переднего конца полосы позволяет увеличить скорость ее задачи в следующую клеть и таким образом, обеспечивает увеличение производительности прокатного стана.Для прокатного стана, содержащего четырехвалковую рабочую клеть, дополнительно к отмеченному эффекту уменьшается разница между усилиями, формируюшимися в зонах контакта рабочих и опорных валков верхней и нижней валковых систем, так как в предлагаемой конструкции эти усилия, будучи близкими по величине, действуют в одном направлении, причем смена направления происходит практически одновременно, Это также приводит к уменьшению взаимного смещения рабочих валков вдоль оси прокатки.В конце прокатки при выходе полосы из рабочей клети имеют место динамические процессы, аналогичные описанным. Следовательно, предлагаемая конструкция прокатного стана обеспечивает также уменьшение изгиба заднего конца полосы и, таким образом, реверсивного прокатного стана, повышение его производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть.Использование предлагаемой конструкции прокатного стана обеспечивает повышение производительности стана за счет увеличения скорости задачи металла в рабочую клеть, а также снижение динамических нагрузок, возникаюших в трансмиссиях при захвате раската валками, и увеличение долговечности элементов приводов. Прокатный стан, включающий горизонтальную рабочую клеть, содержащую верхнюю и нижнюю валковые системы с рабочими валками, каждый из которых имеет индивидуальный привод в виде по меньшей мере одного электродвигателя и трансмиссии, содержагцей соединительные валы и зубчатую передачу, причем отдельные элементы привода верхнего рабочего валка, например зубчатые передачи или электродвигатели,(/н с ОгнОзнОлнн ЧС,н 0 з в ( 1 + 0 ге+ Ов( Ов - 1 )-- в в в )23Ы М с Огв Озв Окв где Св - суммарная крутильная жесткость 30соединительных валов, расположенных между рабочим валком и зубчатой передачей привода верхего рабочего валка, Н м/рад;С 1 н - суммарная крутильная жесткостьсоединительных валов, располо женных между рабочим валком и зубчатой передачей привода нижнего рабочего валка, Н м/рад;рг - квадрат первой безразмерной час. тоты собственных крутильных колебаний участка нижняя валковая система - трансмиссия - якори электродвигателей, рав- ный Рг= - (1+ - - + --1+8 РОг н Озн Юга Язнвращения раазмерная сум я жесткость сов, расположентродвигателями дачей приводавалка, равная55- приведенная к осбочего валка безмарная крутильнаединительных вазных между элеи зубчатой пернижнего рабочегоЯ= УйСгн / Сн,- передаточное отнпередачи приводачего валка; шение зубчатои нижнего раборасположены со смещением по длине линий приводов относительно таких же элементов привода нижнего рабочего валка, а соединительные валы трансмиссий выполнены с заданными соотношениями крутильных жесткостей, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть путем уменьшения взаимного смещения верхнего и нижнего рабочих валков вдоль оси прокатки и снижения изгиба переднего 10 конца раската при одновременном повышении долговечности элементов приводов за счет снижения динамических нагрузок, соотношения крутил ьных жесткостей соединительных валов определяются следующими зависимостями:С,в )Сн рг 1"(1 ):Сгв =Сн - аОзь ХРУ.1+Ог (1 - Р " )10 Сг, - суммарная крутильная жесткость соединительных валов, расположенных между электродвигателями и зубчатой передачей привода нижнего рабочего валка, Н м/рад: мент инерции зубчатой передачи нижнего рабочего валка, равный Огн =/гн Рн,/гн - приведенный к оси врашения рабочего валка динамический момент инерции зубчатой передачипривода нижнего рабочего валка,кг м;приведенный к оси вращения ра/1 н бочего валка динамический момент инерции нижней валковой системы, кг м,Озн - приведенный к оси врашения рабочего валка безразмерный динамический момент инерции якорей электродвигателей привода нижнего рабочего валка, равный Озн =(н/3 н// к,/з - динамический момент инерции якорей электродвигателей привода нижнего рабочего валка, кг м;Овн - безразмерный суммарный динамический момент инерции масспривода нижнего рабочего валка,равный йвн =1+Огн+Озн,в - приведенный к оси вращения рабочего валка динамический момент инерции верхней вал ковойсистемы, кг м;Од - безразмерный суммарный динамический момент инерции масспривода верхнего рабочего валка,равный Ов - 1+Огв+Озв ,Огв - безразмерный динамический момент инерции зубчатой передачипривода верхнего рабочего валка,равный Огв =/гв //м,- приведенный к оси вращения рабочего валка динамический момент инерции зубчатой передачипривода верхнего рабочего валка,кгм;Оз, - приведенный к оси вращения рабочего валка безразмерный динанамический момент инерции якорей электродвигателей приводаверхнего рабочего валка, равныйОзв =в/г в //1 вУ, - передаточное отноппередачи привода вчего валка;динамический момент инерцииякорей электродвигателей привоУзв да верхнего рабочего валка, кг-Й; суммарная крутильная жесткость соединительных валов, расположенных между электродвигателями и зубчатой передачей привода верхнего рабочего валка, Н м/рад,гв Огн - безразмерный динамический мо 1357548Составитель Б.Техред И. ВересТираж 481ги и тета СССР по дЖ 35, Раушскское предприятие,БейнфестКорректор Н. КорольПодписноеелам изобретений и открытийя наб., д. 4/5г. Ужгород, ул. Проектная, 4